Eργαστήριο Mηχανικής & Aντοχής των Yλικών

Παρεχόμενες Υπηρεσίες

Στο πλαίσιο της Παροχής Υπηρεσιών, το Εργαστηρίου Μηχανικής και Αντοχής των Υλικών παρέχει εξειδικευμένες υπηρεσίες στους ακόλουθους τομείς:

Διεξαγωγή βασικών μηχανικών δοκιμών για τον χαρακτηρισμό και την πιστοποίηση υλικών και συγκολλητών συνδέσεων.

• Δοκιμή εφελκυσμού
• Δοκιμή θλίψης
• Δοκιμές κυκλικής φόρτισης (υπό συνθήκες επιβαλλόμενης παραμόρφωσης ή τάσης)
• Δοκιμές πολυ-κυκλικής και ολιγο-κυκλικής κόπωσης
• Δοκιμή δυσθραυτότητας (K_IC)
• Δοκιμές εξέλιξης της ρωγμής (fatigue crack growth)

Ανάλυση Τάσεων (stress analysis) και Δομικός Σχεδιασμός (structural design) Στοιχείων Μηχανών και Μεταλλικών Κατασκευών για Βιομηχανικές Εφαρμογές και Ενεργειακές Υποδομές

• Υπολογισμός τάσεων κατασκευών με αναλυτικές και αριθμητικές μεθόδους (stress and strain analysis).
• Ανάλυση και σχεδιασμός υλικών και κατασκευών έναντι θραύσης και κόπωσης.
• Ανάλυση ειδικών κατασκευών (π.χ., πλάκες-κελύφη) και υπολογισμός οριακής αντοχής.
• Ανάλυση λεπτότοιχων κατασκευών σε λυγισμό (καθολική και τοπική ευστάθεια)
• Απόκριση βιομηχανικών/ενεργειακών κατασκευών που υπόκεινται σε δυναμικά φορτία και εκτίμηση της αστοχίας τους. Αντισεισμικός σχεδιασμός.

Προσομοίωση και Ανάλυση Κατεργασιών Διαμορφώσεως Μετάλλων με Πεπερασμένα Στοιχεία

• Προσομοίωση κατεργασιών διαμορφώσεως (π.χ., διέλαση, εξέλαση, βαθεία κοίλανση).
• Υπολογισμός των τάσεων και του θερμοκρασιακού πεδίου που αναπτύσσονται κατά τη διάρκεια της κατεργασίας, αλλά και των παραμενουσών τάσεων στο τελικό προϊόν.
• Βελτίωση του σχεδιασμού των τεμαχίων και της αντίστοιχης μήτρας.
• Βελτιστοποίηση των συνθηκών της διαμορφώσεως.
• Εξειδίκευση σε κατεργασίες διαμόρφωσης συγκολλητών σωλήνων για την κατασκευή αγωγών μεταφοράς υδρογονανθράκων και ύδατος.

ΔΙΑΚΡΙΒΩΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΩΝ

Τα συστήματα μηχανικών δοκιμών του Εργαστηρίου είναι διακριβωμένα από ειδικό φορέα διακρίβωσης, με βάση το διεθνές πρότυπο Ποιότητας Εργαστηριακού Ελέγχου ISO/IEC 17025. Επίσης, τα 6 εξωτερικά μετρητικά όργανα είναι πιστοποιημένα με τις απαιτήσεις του προτύπου ISO 7500-1.

Ενδεικτικές περιοχές έρευνας περιλαμβάνουν:

•  Άτομα υδρογόνου σε στερεό διάλυμα αυξάνουν την κινητικότητα των γραμμοαταξιών σε μέταλλα και κράματα, συμβάλλουν συχνά στον «εντοπισμό» των πλαστικών παραμορφώσεων (localization of plastic flow) και προκαλούν αστοχία του υλικού.  Η μακροσκοπική ανάλυση του φαινομένου αυτού απαιτεί την εύρεση κατάλληλων καταστατικών εξισώσεων που να λαμβάνουν υπ’ όψιν την επίδραση του υδρογόνου στη πλαστική συμπεριφορά του υλικού. Οι καταστατικές αυτές εξισώσεις ενσωματώνονται σε ένα μη-γραμμικό πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων και οδηγούν σε ποσοτικές προβλέψεις για τη δημιουργία ζωνών εντοπισμού των πλαστικών παραμορφώσεων (shear bands) και την ανάπτυξη «λαιμού» σε δοκίμια εφελκυσμού.

•  Mη-τοπικές θεωρίες πλαστικότητας: καταστατικές εξισώσεις και υπολογιστικές τεχνικές. Οι κλασσικές θεωρίες της πλαστικότητας δεν περιέχουν κάποιο “χαρακτηριστικό μήκος” το οποίο να χαρακτηρίζει το υλικό, με αποτέλεσμα να αδυνατούν να προβλέψουν μεγέθη όπως το πάχος της ζώνης εντοπισμού πλαστικών παραμορφώσεων (localization of plastic strain).  Στην ερευνητική αυτή δραστηριότητα εξετάζονται πλαστικά μοντέλα “τύπου κλίσεως” (gradient plasticity), όπου το κριτήριο πλαστικής διαρροής και οι καταστατικές εξισώσεις εξελίξεως των καταστατικών μεταβλητών σε κάθε υλικό σωματίδιο εξαρτώνται όχι μόνον από τις τοπικές τιμές των μεταβλητών αυτών αλλά και από την Λαπλασιανή τους.

•  Ανάλυση κατεργασιών διαμορφώσεως: Διάφορες κατεργασίες διαμορφώσεως μεταλλικών υλικών αναλύονται με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Για την επίλυση των μη-γραμμικών αυτών προβλημάτων, όπου οι παραμορφώσεις είναι πεπερασμένες, αναπτύσσονται νέες μέθοδοι ολοκληρώσεως των ελαστοπλαστικών καταστατικών εξισώσεων.

•  Η μηχανική των θραύσεων μη-γραμμικών υλικών: Τα πεδία των τάσεων και των παραμορφώσεων που αναπτύσσονται κοντά στην ακμή μίας ρωγμής προσδιορίζονται με τη βοήθεια αναλυτικών και αριθμητικών μεθόδων. Η καταστατική συμπεριφορά του υλικού είναι μη-γραμμική, και το αντίστοιχο μαθηματικό πρόβλημα επιλύεται με ασυμπτωτικές τεχνικές.  Εξετάζονται ρωγμές που προϋπάρχουν ή δημιουργούνται σε ομογενή υλικά ή κατά μήκος της διεπιφάνειας δύο υλικών. Οι ασυμπτωτικές λύσεις συγκρίνονται με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων.

•  Μη-γραμμική ανάλυση μεταλλικών μελών με ανελαστική συμπεριφορά. Αντοχή συνδυασμένη φόρτιση, με έμφαση στην δομική ευστάθεια. Επίλυση με πεπερασμένα στοιχεία και προσομοίωση του ελαστοπλαστικού υλικού. Προβλήματα σχεδιασμού μεταλλικών κατασκευών. Άμεσες εφαρμογές σε σωληνώσεις, αγωγούς πετρελαίου και φυσικού αερίου (υπόγειους, υπέργειους & υποθαλάσσιους), βιομηχανικές δεξαμενές – δοχεία πίεσης, ανεμογεννήτριες κτλ.

•  Προβλήματα σεισμικής απόκρισης μεταλλικών κατασκευών βιομηχανικού εξοπλισμού,  με έμφαση σε δεξαμενές και δοχεία πίεσης. Μελετάται με ημι-αναλυτικές και αριθμητικές μεθόδους η αλληλεπίδραση του περιεχομένου των δεξαμενών με το κέλυφός τους, ιδιαίτερα σε σχέση με τους κυματισμούς της επιφάνειας του ρευστού. Επίσης μελετώνται προβλήματα αλληλεπίδρασης κατασκευών με συμπιεστά ρευστά, με εφαρμογές σε μηχανολογικό εξοπλισμό.

•  Ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία και σχεδιασμός συγκολλητών συνδέσεων χαλύβδινων μελών. Οριακή αντοχής συνδέσεων για διάφορες γεωμετρίες, καθώς και συγκεντρώσεις τάσεων στην περιοχή των συγκολλήσεων, μέσω μη γραμμικών αναλύσεων με πεπερασμένα στοιχεία.

•  Παρακολούθηση και διάγνωση κατασκευών με μετρήσεις επιταχύνσεων. Διεξαγωγή εργαστηριακών πειραματικών μετρήσεων και μετρήσεων σε μεγάλα έργα υποδομής. Επεξεργασία των αποτελεσμάτων με αριθμητικές μεθόδους για την διάγνωση πιθανών βλαβών στις κατασκευές. Εφαρμογές σε κατασκευές Μηχανολόγου Μηχανικού αλλά και μεγάλα έργα υποδομής Πολιτικού Μηχανικού, καθώς και Αεροναυπηγικές κατασκευές.

Το Εργαστήριο Μηχανικής και Αντοχής των Υλικών υποστηρίζει τα εξής μαθήματα

Προπτυχιακά Μαθήματα

• Μηχανική – Στατική
• Τεχνολογία Υλικών
• Μηχανική των Υλικών Ι
• Μηχανική των Υλικών ΙΙ
• Μηχανική Συμπεριφορά των Υλικών
• Η Μέθοδος των Πεπερασμένων Στοιχείων
• Πλαστικότητα
• Μηχανική των Κατασκευών
• Τεχνολογικά Υλικά και Εφαρμογές
• Σύνθετα Υλικά

Μεταπτυχιακά Μαθήματα (ΠΜΣ ΑΔΕΣ)

• Υλικά για Ενεργειακές Υποδομές
• Δομικός Σχεδιασμός Υποδομών για Παραγωγή, Αποθήκευση και Μεταφορά Ενεργειακών Πόρων

Εξειδικευμένα Μεταπτυχιακά Μαθήματα Εμβάθυνσης

• Μηχανική των Συνεχών Μέσων
• Μηχανική Συμπεριφορά των Υλικών σε Συνθήκες Κόπωσης
• Μηχανική των Θραύσεων
• Πλαστικότητα (εμβάθυνση)
• Η Μέθοδος των Πεπερασμένων Στοιχείων (εμβάθυνση)
• Μη Γραμμική Ανάλυση Κατασκευών – Ευστάθεια

Πειραματικός Εξοπλισμός

• Σύστημα Μηχανικών Δοκιμών INSTRON

• Σύστημα Μηχανικών Δοκιμών MTS

• Σύστημα PCD-300A της KYOWA. Φορητό σύστημα συλλογής δεδομένων για τη μέτρηση παραμορφώσεων / επιμηκύνσεων σε εργαστηριακές μηχανικές δοκιμές καθώς και σε δομικά μέρη κατασκευών υπό στατικές και δυναμικές φορτίσεις. Παρέχει τη δυνατότητα ταυτόχρονης συλλογής δεδομένων από 8 αισθητήρες (strain gauges ή LVDT) και ταυτόχρονης καταγραφής δεδομένων από εξωτερικούς αισθητήρες (π.χ. δυναμόμετρο, θερμόμετρο, κ.τ.λ.)

Software

• ABAQUS Standard/Explicit/CAE
• ANSYS
• Mathematica
• Matlab

• Sotiria Houliara, ‘Computational Techniques in Structural Stability of Thin-Walled Cylindrical Shells’ (completed, March 2008) [download dissertation]
• Daniel Vasilikis, ‘Structural Behavior and Stability of Cylindrical Metal Shells with Lateral Confinement’ (completed, December 2012) [download dissertation]
• Polynikis Vazouras, (co-advising with P. Dakoulas) ‘Mechanical Behavior of Buried Steel Pipelines under Ground-Induced Actions’ (completed, October 2013) [download dissertation]
• George E. Varelis, ‘Ultimate Capacity of Steel Structural Members under Strong Cyclic Loading’ (completed, December 2013) [download dissertation]
• Aglaia E. Pournara, ‘Structural integrity of steel oil & gas pipelines with local wall distortions’ (completed, November 2015) [download dissertation]
• Patricia Pappa, ‘Computational Methods for Shell Buckling in the Plastic Range’ (completed, July 2016) [download dissertation]
• Maria Vathi, ‘Structural Behavior of Liquid Storage Steel Containers under Strong Dynamic Excitation’ (completed, July 2016) [download dissertation]
• Giannoula Chatzopoulou, ‘Structural Behavior of Steel Components Under Strong Cyclic Loading’ (completed, December 2019) [download dissertation]
• Konstantinos Antoniou, ‘Numerical Simulation of Line Pipe Fabrication and its Effect on Pipe Mechanical Behavior’ (completed, June 2021) [download dissertation]
• Gregory C. Sarvanis, ‘Numerical Simulation of Metal Fatigue Using the Cohesive Zone Method’ (completed, November 2024) [download dissertation]
• Aris G. Stamou, ‘Structural Integrity of Offshore Steel Pipelines for Natural Gas and Hydrogen Transmission’ (expected, September 2026)
• Leonidas A. Spyrou, “Muscle and tendon tissues: constitutive modeling, numerical implementation and applications”, September 2009, Ph.D. Thesis  (Download)
• Ioannis Papatriantafillou, “TRIP steels: Constitutive modeling and computational issues”, June 2005, Ph.D. Thesis (Download)
• Andrea Bassi, “Bifurcation problems in finite strain elastoplasticity”, Politecnico di Milano, December 2002 (Download)

Graduate Diploma Theses

Leonidas A. Spyrou, “Stress analysis of the human foot during gait”, June 2006, M.Sc. Thesis (in Greek) (Download)

Σπύρος Α. Καραμάνος

Εργαστήριο Μηχανικής και Αντοχής των Υλικών
Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Βιομηχανίας
Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
Πεδίον Άρεως
38334 Βόλος

Τηλ.:  24210-74086, 24210-74008

Email: skara@mie.uth.gr